Индустриальный меланизм у бабочек: Недопустимое название — Циклопедия

На уроках биологии большинство из нас узнали о берёзовых мотыльках и о том, как их цвет изменился во время британской промышленной революции. Это простая система: в основном, моль, Biston betularia , бывает двух цветов, известных как «морфы».Наиболее распространенный вид — белая бабочка с черными пятнами на теле и крыльях ( Biston betularia f. Typica ). Темная, или меланистическая форма этой бабочки ( Biston betularia f. Carbonaria ) изначально была исчезающе редкой, но стала все более распространенной, особенно в районе Манчестера, английского промышленного города, начиная с незадолго до 1848 года. К 1895 году меланистическая форма превосходила численностью. первоначальная белая форма на 98% благодаря своей способности сливаться с покрытыми сажей поверхностями, образовавшимися в результате промышленного загрязнения углем.Эти темные поверхности делали белую пяденицу перечной мотылька видимой для голодных птиц, которые питались ими.

Но, начиная с 1962 года, промышленные города Великобритании начали наводить порядок. В результате загрязнение углем уменьшилось, стволы деревьев и другие поверхности стали чище, а частота появления темной формы carbonaria пяденицы перечной снова снизилась из-за голодных птиц.

Эта серия событий показала быструю и очень заметную эволюционную реакцию на быстрое изменение окружающей среды.Кроме того, на основе серии экспериментов по разведению (ссылка) был сделан вывод, что черно-белая окраска была перенесена на варианты только одного гена, известные как аллели. Черный аллель был доминантным, а это означало, что темная бабочка могла иметь , либо , либо , либо , два аллеля меланизма, тогда как аллель белого был рецессивным, поэтому белая бабочка должна иметь два аллеля для белого.

Но пяденица перечная была не единственным видом бабочек в Британии, который приобрел черную сажистую окраску в ответ на загрязнение углем.

«Несмотря на то, что многие люди слышали о промышленном меланизме британской пяденицы, мало кто понимает, что темные формы увеличились у более чем 100 других видов бабочек в период промышленного загрязнения», — сказал старший автор исследования, экологический генетик Илик Саккери. , профессор Ливерпульского университета.Исследование профессора Саккери сосредоточено на понимании того, как бабочки могут быстро адаптироваться к изменениям окружающей среды, в частности, как они развивают промышленный меланизм и устойчивость к инсектицидам, и как они реагируют на изменение климата и фрагментацию среды обитания.

«Это поднимает вопрос, полагались ли они на один и тот же или аналогичный генетический механизм для достижения этого изменения цвета», — пояснил профессор Саккери. «Это не было предрешенным выводом, потому что на меланизм у насекомых могут влиять многие разные гены».

Для проведения этого исследования группа исследователей из Ливерпульского университета и Музея Манчестера построила полные последовательности генома бледно-пятнистой красавицы, Phigalia pilosaria , и зубчатого лещины, Odontopera bidentata , и сравнила эти последовательности со всем последовательность генома перечной моли для определения генетики промышленного меланизма у этих трех видов.

Команда выбрала эти три вида, чтобы сосредоточиться на них, потому что они были доступны: ученые Университета Ливерпуля и Манчестерского музея изучали эти три вида бабочек в 1970-х годах.

Рис. 1. (а) Меланический полиморфизм у Biston betularia, Phigalia pilosaria и Odontopera bidentata. … [+] Существуют более светлые и темные формы островков, чем показанная. Для O. bidentata typica-1 чаще встречается в южной Англии, тогда как typica-2 преобладает в северо-западном регионе.Различные виды масштабируются до одинакового размера. Фотографии с портала данных Музея естествознания. (DOI: 10.1098 / RSBL.2019.0582)

Карты генетического сцепления показали, что мутация меланизма действительно может быть обнаружена в одном и том же регионе для всех трех видов бабочек. Что еще более интересно, эта генетическая область содержит ген коры головного мозга у всех трех бабочек (рис. 2).

Ген коры головного мозга был идентифицирован в 2016 году в качестве основной мишени для естественного отбора в отряде насекомых Lepidoptera (ссылка), который состоит из 160000 видов бабочек и 17000 видов бабочек. cortex — это быстро развивающийся ген, который влияет на цвет и рисунок крыльев, вероятно, регулируя развитие чешуйчатых клеток. Ранее было обнаружено, что этот же ген генерирует вариации цвета и рисунка крыльев у бабочек Heliconius (ссылка).

Рис. 2. (a) Геномное положение в масштабе сантиморгана локусов, контролирующих типично-меланический … [+] полиморфизм у P. pilosaria (monacharia), B. betularia (carbonaria) и O. bidentata (nigra) , относительно ортологов генов (соединенных линиями).(b) Соответствующее генное содержание (11 из 56 генов) в этой хромосомной области и положение шести генетических маркеров (локусы a – e и экзон 1 коры), используемых для тестирования ассоциаций генотип-фенотип в диких образцах. Расстояния основаны на B. betularia и определены относительно полиморфизма, контролирующего typica-carbonaria (carb-TE). Наибольшая протяженность области коры B. betularia (заштрихована черным) расширена множеством альтернативных первых экзонов (показаны только экзоны 1A и 1C). Локус a совпадает с Trehalase 1A для P.pilosaria и O. bidentata, но Trehalase 1B для B. betularia. (Фотографии Арьена ван’т Хофа).

Анализ образцов, собранных у диких животных, показывает, что меланизм у бледно-пятнистой красавицы и зубчатого лещины намного старше, чем меланизм у более известной британской пяденицы, и что меланистическая пяденица, вероятно, появилась примерно в 1819 г. (ссылка), хотя это было не так. Не наблюдалось до 1840-х годов.

«Наши открытия предполагают, что эти темные формы могут сохраняться на низких частотах в незагрязненной окружающей среде, и дополнительно подтверждают идею о том, что адаптивная эволюция повторяет использование одних и тех же генетических механизмов и механизмов развития на протяжении глубокой эволюции», — сказал профессор Саккери.

Остается много вопросов. Например, как ген коры головного мозга создает меланизм? Является ли генетическая мутация, вызывающая меланизм, одинаковой для этих трех видов бабочек? Надеюсь, современные технологии помогут нам узнать больше о точном механизме того, как бабочки, такие как пяденица, стали черными.

Источник:

Арьен Э. Ван’т Хоф, Луиза А. Рейнольдс, Карл Дж. Юнг, Лоуренс М. Кук и Илик Дж. Саккери (2019). Генетическая конвергенция промышленного меланизма у трех геометрических бабочек , Biology Letters , 15 (10): 201

Промышленный меланизм связан с одним и тем же геном у 3 видов бабочек — ScienceDaily

Появление темных форм многих видов бабочек в сильно загрязненных районах Британии XIX и XX веков, известное как промышленный меланизм, стало очевидной реакцией на изменение окружающей среды. . Но полагались ли разные виды на один и тот же ген при адаптации?

Новое исследование Ливерпульского университета показывает, что действительно существовали три вида моли, в том числе знаменитая пяденица.Интересно, однако, что мутации, которые привели к появлению темных форм «бледно-пятнистой красавицы» и «зубчатой ​​лещинной бабочки», вероятно, произошли намного раньше, чем мутация «перечной бабочки» в начале 1800-х годов, и могут предшествовать промышленной революции на сотни лет. годы.

Главный исследователь профессор Илик Саккери объясняет: «Хотя многие люди слышали о промышленном меланизме британской пяденицы перечной, широко не признается, что темные формы увеличились у более чем 100 других видов бабочек в период промышленного загрязнения.Это поднимает вопрос, полагались ли они на один и тот же или аналогичный генетический механизм для достижения этого изменения цвета. Это не было предрешенным выводом, потому что на меланизм у насекомых могут влиять многие различные гены ».

В исследовании, опубликованном в журнале Biology Letters , исследователи из Ливерпульского университета, Ливерпульской школы тропической медицины и Манчестерского музея произвели полные геномные последовательности с низким охватом для бледно-пятнистых красавцев и зубчатых орешников для сравнения с существующей информацией о генетике промышленный меланизм у берёзовой пяденицы.

Генетическое картирование сцепления с использованием семей родителей и потомков показывает, что мутация меланизма происходит в одной и той же генетической области (содержащей ген коры головного мозга) у всех трех видов. Однако дальнейший анализ диких образцов показывает, что генетическое происхождение меланизма у бледно-пятнистой красавицы и зубчатого лещины намного старше, чем у британской пяденицы.

Профессор Саккери сказал: «Наши открытия предполагают, что эти темные формы могут существовать на низких частотах в незагрязненной среде, и дополнительно подтверждают идею о том, что адаптивная эволюция повторяет использование одного и того же генетического механизма и механизма развития на протяжении длительного периода эволюции.«

Исследователи решили сосредоточиться на этих трех видах, потому что они изучались учеными Ливерпульского университета и Манчестера в 1970-х годах, еще до того, как этот тип молекулярно-генетического анализа стал возможен.

Профессор Саккери добавляет: «Тогда исследователи понимали, что имеют дело со схожими фенотипами и давлением отбора, но не думали, что они могли изучать один и тот же ген у разных видов. Я рад, что мы смогли сотрудничать во времени с исследователями, работавшими над этими темами более 40 лет назад.«

История Источник:

Материалы предоставлены Ливерпульским университетом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Как моль перешла на темную сторону

Ученые только что открыли ген, который объясняет пример естественного отбора , часто упоминаемый в учебниках. Этот ген превращает пеструю пяденьку в черный цвет. Ген может также контролировать изменение окраски крыльев у ярко окрашенных бабочек.

Загадка возникла в Великобритании в 1800-х годах. Промышленная революция только что началась. Оживленные фабрики начали затемнять небо дымом от горящих дров и угля. Сажистое загрязнение почернело стволы деревьев. Вскоре викторианские ученые заметили изменение и среди пядениц перечной ( Biston betularia ). Возникла новая, полностью черная форма. Он стал называться B . betularia carbonaria, или «древесный уголь». Более старая форма стала typica, или типичной формой.

Учителя и родители, подпишитесь на шпаргалку

Еженедельные обновления, которые помогут вам использовать Science News для студентов в учебной среде

Спасибо за регистрацию!

При регистрации возникла проблема.

Неудивительно, что количество светлых бабочек начало падать по мере увеличения количества их темных собратьев. К 1970 году в некоторых загрязненных регионах почти 99% пядениц стали черными.

В конце 20 века ситуация начала меняться. Законы по контролю за загрязнением постепенно вводились. Компании больше не могли выбрасывать в воздух такое количество сажи. Вскоре птицы снова могли легко шпионить за черными молью.Теперь бабочка карбонария стала редкостью, и бабочка типичная снова доминирует.

Загрязнение не сделало моль черным. Это просто давало маскирующее преимущество любым бабочкам, несущим генетическое изменение, сделавшее их крылья черными. А когда исчезло загрязнение, исчезло и преимущество темной ночной бабочки.

Тем не менее, ученые были озадачены тем, как впервые появились черные бабочки. До сих пор так и есть. Исследователи из Англии проследили разницу между типичной и карбонарной молью до генетической модификации.Это происходит в гене, известном как коры .

Ученые сообщили о своей находке 1 июня в Nature .

Гены содержат инструкции, которые говорят клеткам, что им делать. Со временем некоторые гены могут измениться, часто без видимой причины. Такие изменения известны как мутации . По словам Пола Брейкфилда, это исследование «начинает выяснять, что именно была первоначальной мутацией», которая произвела черную моль.Он биолог-эволюционист Кембриджского университета в Англии. По его словам, находка «добавляет новый и захватывающий элемент в историю».

Изменения окраски крыльев у пядениц перечной — типичный пример того, что ученые называют естественным отбором. В нем у организмов развиваются случайные мутации. Некоторые изменения генов делают людей более приспособленными к окружающей среде. Эти люди будут чаще выживать. И когда они это сделают, они передадут полезную мутацию своему потомству.

Еще один пример адаптации и естественного отбора — бабочки, копирующие или имитирующие цветовые узоры других.Некоторые бабочки ядовиты для птиц. Птицы научились распознавать крылья этих бабочек и избегать их. Нетоксичные бабочки могут развить некоторые генетические изменения, которые сделают их крылья похожими на крылья токсичных бабочек. Птицы избегают подделок. Это позволяет увеличивать количество подражателей.

Подробная информация об изменениях генов, стоящих за адаптациями перечной мотылька и бабочки, ускользала от ученых на протяжении десятилетий. Затем, в 2011 году, исследователи проследили эти черты до области генов, которая существует как у мотыльков, так и у бабочек.Тем не менее, какой именно ген или гены, стоящие за изменениями, оставалось загадкой.

У берёзовой бабочки интересующая область включала около 400000 оснований ДНК . Основания — это химические единицы, несущие информацию, из которых состоит ДНК. Область у этих насекомых содержала 13 отдельных генов и две микроРНК. (МикроРНК — это короткие фрагменты РНК, которые не несут в себе план создания белков. Однако они помогают контролировать количество определенных белков, которые вырабатывает клетка.)

«На самом деле нет никаких генов, которые кричали бы вам, говоря:« Я участвую в формировании рисунка крыльев », — отмечает Илик Саккери.Он является эволюционным генетиком Ливерпульского университета в Англии. Он также руководил исследованием берёзовой мотылька.

Саккери и его команда сравнили этот длинный участок ДНК у одной черной бабочки и трех типичных бабочек. Исследователи нашли 87 мест, где черный мотылек отличался от светлого. Большинство изменений коснулось отдельных оснований ДНК. Такие генетические варианты известны как SNP. (Эта аббревиатура расшифровывается как однонуклеотидный полиморфизм ). Другими изменениями были добавления или удаления некоторых оснований ДНК.

Команда исследовала ДНК еще сотен бабочек. Если у светлой мотылька было одно из изменений, это означало, что изменение не было ответственно за его чернокрылый кузен. Одна за другой ученые исключили мутации, которые могли привести к черным крыльям. В конце концов, у них был единый кандидат. Это был большой мобильный элемент, который попал в ген коры головного мозга .

Но этот прыгающий ген не попал в ДНК, которая обеспечивает план для создания белка. Вместо этого он приземлился в интроне . Это участок ДНК, который отрезается после того, как ген копируется в РНК — и до того, как будет создан белок.

Чтобы быть уверенным, что прыгающий ген был ответственен за черные крылья, наблюдаемые во время промышленной революции, Саккери и его коллеги выяснили, сколько лет было мутации. Исследователи использовали исторические измерения того, насколько распространено черное крыло на протяжении всей истории.При этом они подсчитали, что прыгающий ген впервые приземлился в интроне коры примерно в 1819 году. Это время дало мутации от 20 до 30 поколений мотыльков, которые распространились по популяции до того, как люди впервые сообщили о наблюдениях черных мотыльков в 1848 году.

Саккери и его коллеги обнаружили этот подвижный элемент у 105 из 110 пойманных в дикой природе бабочек карбонария. Такого не было ни у одной из 283 исследованных бабочек типика. Остальные пять бабочек, как они теперь заключают, черные из-за какой-то другой, неизвестной генетической вариации.

Второе исследование в том же выпуске журнала Nature было сосредоточено на бабочках Heliconius . Эти красочные красавицы порхают по Америке. И, как и пяденицы, они были моделями эволюции с 1800-х годов. Никола Надо возглавлял группу исследователей, которые намеревались выяснить, от чего зависит цвет крыльев у этих бабочек.

Надо прочесала более 1 миллиона оснований ДНК у каждого из пяти видов Heliconius .Среди них было H. erato favourinus. Ученые обнаружили 108 SNP у каждого представителя этого вида с желтой полосой на задних крыльях. Большинство этих SNP находились в интронах гена коры головного мозга или вне этого гена. У бабочек без желтой полосы этих SNP не было.

Были обнаружены другие изменения ДНК вокруг гена коры , которые приводят к появлению желтых полос на крыльях и у других видов Heliconius . Это предполагает, что эволюция несколько раз воздействовала на ген коры головного мозга , образуя полосы на крыльях жуков.

Обнаружение того, что один и тот же ген влияет на структуру крыльев у бабочек и мотыльков, показывает, что некоторые гены могут быть горячими точками естественного отбора, говорит Роберт Рид. Он биолог-эволюционист в Корнельском университете в Итаке, штат Нью-Йорк,

Ни одно из генных различий у бабочек или берёзовых мотыльков не изменило сам ген cortex . Это означает, что возможно, прыгающий ген и SNP ничего не делают с геном.Изменения могли быть просто контролем над другим геном. Но доказательства того, что cortex действительно является геном, на который воздействовал естественный отбор, убедительны, говорит Рид. «Я был бы удивлен, если бы они ошибались».

Крылья мотылька и бабочки покрыты разноцветной чешуей. У команд есть доказательства того, что ген cortex помогает определить, когда растут определенные чешуйки крыльев. А у бабочек и мотыльков время появления чешуек крыльев влияет на их окраску, говорит Рид. «Вы видите, как цвета появляются почти как раскраски по номерам».

Сначала появляются желтые, белые и красные чешуйки. Чёрная чешуя появляется позже. Cortex , как известно, также участвует в росте клеток. Таким образом, регулировка уровня белка, который он производит, может ускорить рост крыловой чешуи.И это может привести к окрашиванию чешуек. Или это может замедлить их рост, позволяя им почернеть, предполагают исследователи.

SNP, конечно, могут изменять гены, могут влиять на окраску у других организмов, включая людей.

Но главный вывод всей этой работы, по словам ученых, заключается в том, как простое изменение одного гена может повлиять на внешний вид — а иногда и на выживание — вида при изменении условий.

Word Find (щелкните здесь, чтобы увеличить для печати)

Берёзовая моль: естественный отбор

Промышленная революция | Генетические изменения | Естественный отбор

Бабочка темная перечная.Изображение Ежи Стшелецкого с Wikimedia Commons.

Р.С. Эдлстон был английским естествоиспытателем, изучавшим насекомых в 1800-х годах. В 1848 году он записал в свой журнал необычное открытие. «Сегодня я поймал почти полностью черную форму Biston betularia (пяденица) недалеко от центра Манчестера». Это первое зарегистрированное наблюдение темной пяденицы.

То, что было редкостью в 1848 году, за следующие пятьдесят лет стало обычным явлением. К 1900 году популяции берёзовой пяденицы в окрестностях английских городов на 98% состояли из тёмных мотыльков.Ученым стало любопытно, почему это происходит.

Промышленная революция

В то время Англия переживала так называемую промышленную революцию. Строились заводы, и они работали, сжигая уголь в качестве топлива. В результате возник темный дым, окутавший окрестности. Деревья, которые раньше были светлыми и покрытые лишайниками, теперь стали темными и голыми. Это явно имело какое-то влияние на бабочек. Ученые начали выяснять, почему.

Генетические изменения

Некоторые думали, что взрослые особи меняют свой цвет так же, как личинки могут соответствовать цвету веточек.Другие думали, что химические вещества в дыме затемняют моль.

Наконец выяснилось, что цвет был генетическим. Мотыльки передали свой цвет следующему поколению. Яйца светлой моли превратились в светлую моли, а яйца темной моли превратились в темных взрослых особей. Темный цвет был вызван мутацией в ДНК одной бабочки, и мутировавший ген был передан всем ее потомкам.

Это объясняет, почему мотыльки были темными, но не объясняли, почему темные бабочки захватили власть.У темных бабочек было преимущество в темных лесах? Если так, то смена бабочек произошла в результате естественного отбора.

Естественный отбор

Естественный отбор был предложен Чарльзом Дарвином для объяснения эволюции новых видов. У всех видов живых существ есть небольшие различия между особями вида. Если одно из этих различий позволяет человеку жить дольше, у него, вероятно, будет больше потомства. По мере того, как эта черта передается, популяция начинает больше походить на успешного человека.Со временем вид меняется.

Нефтеперерабатывающий завод в Эстонии. Изображение hannu через Wikimedia Commons.

В 1896 г. Дж. У. Тутт предположил, что пяденицы были примером естественного отбора. Он понял, что маскировка светлой ночной бабочки больше не работает в темном лесу. Темные бабочки дольше живут в темном лесу, поэтому у них было больше времени для размножения.

Все живые существа реагируют на естественный отбор. Было замечено, что более 100 других видов бабочек со временем темнеют в загрязненных лесах.Ученые называют этот эффект промышленным меланизмом . Естественный отбор продолжается до сих пор. За последние 50 лет в большинстве промышленно развитых стран значительно сократилось загрязнение. Согласно теории, количество темных бабочек сокращается по мере того, как леса становятся чище.

Естественный отбор пядениц перечной широко изучен. Чтобы узнать, как это сделать, продолжайте читать об экспериментах доктора Кеттлвелла.

Biston betularia — обзор

1 Введение

Пяденица, Biston betularia , была типичным примером эволюционного исследования в 20 веке, позволяя биологам решать вопросы о скорости отбора, потоке генов, нейтральной теории и эволюция аллельного доминирования (Cook and Saccheri, 2013).Бёдровая моль была подходящей моделью из-за их большой популяции, способности выращивать их в лаборатории, короткого времени генерации и их податливости к экспериментальным манипуляциям. Однако сегодня многие важные вопросы эволюционной биологии охватывают социальные взаимодействия и требуют новых подходящих модельных систем. Текущие разногласия, которые не были первостепенными в 1900-х годах, включают коэволюцию взаимодействующих геномов, внутрилокусный конфликт, повторное моделирование клеточной передачи сигналов, чтобы разрешить новые черты, и важность негенетического наследования.Социальная жизнь занимает центральное место или обеспечивает более широкий контекст для каждой из этих проблем, и семейство насекомых является подходящим предметом для изучения. Родительская забота может расширить нишу, защитить генетические вариации и облегчить эволюционную адаптацию. Родители изменяют экспрессию генов в своем развивающемся молодом возрасте, чтобы предвидеть стрессы от физической и социальной среды. Тесная ассоциация опекуна и потомства обеспечивает готовые механизмы для влияния на негенетическое наследование микробиомов, эпигенетических меток и других родительских эффектов.Изучение семейств насекомых, которые варьируются от простых ассоциаций материнских яиц до эусоциальных колоний, может помочь ответить на вопросы о том, как поведение, физиология и молекулярная биология асоциальных организмов были смоделированы для приспособления к социальной жизни (Kramer and Meunier, 2019; Kronauer and Либбрехт, 2018). Семейства насекомых будут модельными системами, потому что они разделяют преимущества, которые сделали бёдровую пяденицу модельным организмом, а также предлагают гибкость социальных взаимодействий, возможность экспериментальной эволюции взаимодействующих геномов и возможность манипуляции с быстро развивающимися физиологическими и молекулярными методами. .

Отношения между родителями и потомками — это фундаментальное социальное взаимодействие в биологии. Это взаимодействие оказывает глубокое краткосрочное и долгосрочное воздействие на потомство и стойкое воздействие на последующую историю жизни родителя. Поскольку забота передает скудные ресурсы родственникам, взаимодействие воплощает в себе напряжение во взаимоотношениях между скоординированной выгодой и конфликтом. Физиология родителей и развивающихся организмов часто изучается изолированно. Когда включены молодые люди, они обычно используются в качестве простого стимула для родителей (присутствуют / отсутствуют, молодые / старые).Несмотря на то, что в настоящее время нет моделей эктотерм, в которых родители и потомки исследуются в физиологических деталях, это можно легко сделать с помощью семей насекомых. Когда взаимодействуют несколько связанных людей, результат бывает трудно предсказать. Поэтому поведенческие биологи изучают динамические модели, в том числе анализ социальных сетей, чтобы справиться со сложностью (Gernat et al., 2018). Сочетание физиологического и поведенческого исследования может выявить косвенное социальное регулирование.Например, у жука-кладезя, Nicrophorus vespilloides , потребности потомства в кормлении повышают материнский уровень ювенильного гормона, который из-за общего биохимического пути увеличивает уровень метилгераната, феромона, который препятствует спариванию с партнером-мужчиной. В результате потомство косвенно ограничивает спаривание между своими родителями в то время, когда они больше всего нуждаются в уходе (Engel et al., 2016; Royle et al., 2016). Точно так же множественные взаимодействующие геномы могут привести к эволюционным результатам, которые трудно предсказать.Экспериментальные исследования эволюции, которые оценивают поведение и физиологию, могут выявить как механизмы, так и селективные силы, которых нельзя было предвидеть при изучении родителей и потомства в изоляции.

Наиболее глубокое понимание механизмов, регулирующих социальную жизнь, может быть достигнуто только путем интеграции физиологических и молекулярных исследований, поскольку физиология обеспечивает мост между поведением и молекулярной генетикой (Toth and Dolezal, 2017). Хотя я надеюсь, что из этого обзора станет очевидным бесчисленное множество способов, которыми физиология важна для изучения поведения и эволюции, я вначале обрисую некоторые из них.Сравнение физиологических механизмов между видами, а также между морфами и кастами внутри видов позволяет понять ограничения, налагаемые физиологией, а также многочисленные способы, которыми нейроэндокринная регуляция поведения и формы была изменена с учетом эволюционной новизны. Физиология обеспечивает чувствительные количественные анализы подпороговых эффектов (тех, которые не наблюдаются при изменении поведенческого или морфологического фенотипа) и, таким образом, дает представление о стимулах, которые важны для развития животных и социальной жизни.Это может иметь решающее значение, поскольку у социальных единиц часто бывают переломные моменты, когда реакция на небольшие изменения в окружающей среде может вызвать заметные изменения в социальной структуре (Pruitt et al., 2018). Физиология и молекулярная биология предоставляют инструменты для манипуляции (например, гормоны, РНКи). Это может быть важно не только для изучения гипотез об ожидаемых изменениях у основного животного, но и для исследования того, как измененное состояние человека влияет на социальных партнеров и как последствия влияют на конфликт и сотрудничество в семье.Физиологические исследования и исследования развития также будут важны для изучения альтернативных гипотез механизмов негенетического наследования и определения того, являются ли негенетические эффекты независимыми от генома. Наконец, приложения физиологии могут использоваться для контроля, сохранения или увеличения выгод от насекомых, имеющих экономическое и экологическое значение, многие из которых ведут социальную жизнь, основанную на интимной заботе о молодых.

В первой трети этого обзора подробно описаны репрезентативные модели родительской физиологии (с упором на немецких тараканов и уховерток) и физиологии потомства (рогатые жуки и эусоциальные насекомые).Немецкий таракан — хороший пример оогенеза, чередующегося с периодами ухода, с ювенильным гормоном в качестве гонадотропного координатора. Это позволит сравнить с другими функциями ювенильного гормона и других семейств в последующих разделах. Реакцию потомства на уход, помимо увеличения веса и выживаемости, часто трудно оценить. Рогатые жуки с их чувствительным к питательным веществам развитием преувеличенного оружия являются подходящими моделями зависимости потомства от ухода. В средней трети обзора жуки-закопатели и муравьи-клоны используются в качестве моделей семейных взаимодействий, где делается упор на одновременное изучение физиологии взаимодействующих родителей и их потомков.Основное внимание уделяется семействам насекомых с одним или двумя опекунами, с акцентом на эусоциальных насекомых, где параллели и значения интригуют. Обзоры нейроэндокринологии перепончатокрылых и термитов см. В Hamilton et al. (2016) и Watanabe et al. (2014). В последней трети обзора я резюмирую недавнюю работу в нескольких областях, где физиологические и молекулярные исследования могут помочь понять важность семейной жизни в эволюции. Мы повторно посещаем модельные системы из предыдущих разделов вместе с дополнительными моделями, представляющими огромное разнообразие семейств насекомых.В этом разделе рассматриваются многие текущие дебаты в эволюции социального поведения, включая повторное моделирование клеточной сигнализации для приспособления к социальному поведению, социальную динамику конкуренции и сотрудничества, способность ухода защищать генетические вариации, возможность того, что уход может разрешить внутрилокусные конфликты. и роль родителей в негенетической наследственности.

Бабочки | Смитсоновский институт

Количество видов. Бабочки входят в отряд насекомых Lepidoptera и разделяют этот отряд с бабочками.В мире насчитывается около 160 000 видов бабочек по сравнению с 17 500 видами бабочек. В США насчитывается около 11 000 видов бабочек.

Отличительные характеристики. Мотыльки (и их близкие родственники, бабочки) — единственная группа насекомых, крылья которой покрыты чешуей, хотя есть несколько исключений. Они отличаются от других насекомых также своей способностью свертывать свою питательную трубку (хоботок). Мотыльков обычно можно отличить от бабочек по их усикам, которые обычно нитевидные или перистые; у бабочек, напротив, усики на конце клюшки.

Общие положения. Хотя бабочки по большей части имеют относительно тусклые цвета крыльев, существует много видов с эффектными цветами и узорами. Гигантские шелкопряды образуют множество крупных впечатляющих насекомых с разноцветными крыльями, иногда с длинными хвостами на задних крыльях. Один из наиболее часто встречаемых видов бабочек — это томатная роголистная моль, хотя ее замечают на стадии гусеницы, когда она пожирает листву томатов в саду. В отличие от бабочек, бабочки обычно летают ночью, чтобы собрать нектар с цветов.Однако есть много дневных бабочек, и многие из них ярко окрашены. Насекомое, которое часто считают самым красивым насекомым в мире, — дневная моль, The Sunset Moth, с Мадагаскара. Часто замечают, что дневные бабочки питаются цветами.

Незрелые. Гусеницы — это название, данное личинкам как бабочек, так и мотыльков. Обычно они очень различимы, и в некоторых случаях их легче идентифицировать, чем взрослых. Гусеницы жадно едят, чтобы превратить растительный материал в ткани, которые им понадобятся для превращения в моль.

Миграция чешуекрылых не ограничивается бабочками, такими как монарх. Есть много мигрирующих бабочек, в том числе дневной летающий колибри-ястребин, который мигрирует из южных частей в северные части Европы при повышении температуры в начале лета.

Пример эволюции. Белая моль в Европе обычно упоминается как классический пример эволюции и была изучена HBD Kettlewell как пример «промышленного меланизма». Бабочки с крыльями цвета соли и перца не обнаруживаются на коре, содержащей лишайники схожего цвета и рисунка. .Деревья во время промышленной революции стали настолько покрыты копотью, что мотыльки с генетической структурой темных цветов появились, потому что их не видели и не ели птицы. С течением времени этот механизм изменился, так как кора деревьев стала более светлой.

Классификация. Бабочки делятся на множество семейств, которые имеют разные морфологические характеристики. Следующие семейства включают большинство видов бабочек:

Arctiidae .В мире насчитывается около 10 000 видов этого семейства, и их обычно называют тигровыми мотыльками. Многие виды этой группы обладают яркими красными и желтыми цветами.

Geometridae . Это семейство, насчитывающее около 15 000 описанных видов, является вторым по величине среди бабочек в мире. Личинок обычно называют «дюймовыми червями» из-за их походки.

Noctuidae . Это семейство является самым большим среди бабочек: в мире насчитывается около 25 000 известных видов.В этом семействе встречаются совки, плодовые черви и подкрыловая моль.

Saturniidae . Это семейство включает самых крупных бабочек и насчитывает около 1000 видов по всему миру. Лунный мотылек из восточной части Соединенных Штатов является примером этого семейства.

Sphingidae . Члены этого семейства имеют обтекаемые крылья и крепкие тела. Обычно они большие, и семейство насчитывает около 1000 видов.

Microlepidoptera — это термин, обозначающий большое количество очень мелких бабочек (за некоторыми исключениями).Группа насчитывает многие тысячи крошечных видов, некоторые из которых имеют впечатляющую окраску и внешний вид. Некоторые из них относятся к видам вредителей, например, платяная моль и ночная бабочка.

Избранные ссылки:

Картер, Дэвид. 1992. Бабочки и мотыльки (Справочники очевидцев). Дорлинг Киндерсли, Инк., Нью-Йорк.

Ковелл, К. В., мл. 1984. Полевой справочник по бабочкам Восточной Северной Америки . Хоутон Миффлин, Бостон.

Ходжес, Р.